为什么这个涉及重载运算符和隐式转换的 C++ 表达式不明确？

Question

operator bool 在以下示例中打破了operator< 的使用。谁能解释为什么bool 在if (a < 0) 表达式中与特定运算符一样相关，是否有解决方法？

struct Foo {
    Foo() {}
    Foo(int x) {}

    operator bool() const { return false; }

    friend bool operator<(const Foo& a, const Foo& b) {
        return true;
    }
};

int main() {
    Foo a, b;
    if (a < 0) {
        a = 0;
    }
    return 1;
}

当我编译时，我得到：

g++ foo.cpp
foo.cpp: In function 'int main()':
foo.cpp:18:11: error: ambiguous overload for 'operator<' (operand types are 'Foo' and 'int')
     if (a < 0) {
           ^
foo.cpp:18:11: note: candidate: operator<(int, int) <built-in>
foo.cpp:8:17: note: candidate: bool operator<(const Foo&, const Foo&)
     friend bool operator<(const Foo& a, const Foo& b)

Answer 1

这里的问题是C++有两个选项来处理a < 0表达式：

• 将a转换为bool，并使用内置运算符<将结果与0进行比较（一次转换）
• 将0 转换为Foo，并将结果与​​您定义的< 进行比较（一次转换）

这两种方法都等价于编译器，所以会报错。

您可以通过删除第二种情况的转换来明确这一点：

if (a < Foo(0)) {
    ...
}

Answer 2

这正是编译器告诉你的。

为编译器解决if (a < 0) 的一种方法是使用您提供的Foo(int x) 构造函数从0 创建对象。

第二种是使用operator bool 转换并将其与int（促销）进行比较。您可以在Numeric promotions 部分阅读更多相关信息。

因此，它对于编译器来说是模棱两可的，它无法决定你想要它走哪条路。

Answer 3

因为编译器无法在bool operator <(const Foo &,const Foo &) 和operator<(bool, int) 之间进行选择，这两者都适合这种情况。

为了解决这个问题，制作第二个构造函数explicit:

struct Foo
{
    Foo() {}
    explicit Foo(int x) {}

    operator bool() const { return false; }

    friend bool operator<(const Foo& a, const Foo& b)
    {
        return true;
    }
};

编辑： 好的，我终于明白了这个问题的真正意义 :) OP 询问为什么他的编译器提供 operator<(int, int) 作为候选者，尽管 “不允许多步转换”。

答案： 是的，为了调用operator<(int, int) 对象a 需要转换Foo -> bool -> int。 但是，C++ 标准实际上并没有说“多步转换是非法的”。

§ 12.3.4 [class.conv]

最多一次用户定义的转换（构造函数或转换 function) 隐式应用于单个值。

bool 到int 不是用户定义的 转换，因此它是合法的，编译器完全有权选择operator<(int, int) 作为候选。

Answer 4

重点是：

首先，operator < 有两个相关的重载。

• operator <(const Foo&, const Foo&)。使用此重载需要使用 Foo(int) 将文字 0 用户定义转换为 Foo。
• operator <(int, int)。使用此重载需要使用用户定义的operator bool() 将Foo 转换为bool，然后将promotion 转换为int（在标准术语中，这与转换不同，如Bo Persson 指出）。

这里的问题是：歧义从何而来？当然，第一次调用，只需要自定义转换，比第二次调用更明智，需要自定义转换，然后进行促销？

但事实并非如此。该标准为每个候选人分配一个等级。但是，“用户定义的转换后促销”没有排名。这与仅使用用户定义的转换具有相同的等级。简单（但非正式地）说，排名顺序看起来有点像这样：

1. 完全匹配
2. （仅）需要促销
3. （仅）需要隐式转换（包括从 C 继承的“不安全”转换，例如 float 到 int）
4. 需要用户定义的转换

（免责声明：如前所述，这是非正式的。当涉及多个参数时，它会变得更加复杂，而且我也没有提到引用或 cv-qualification。这只是一个粗略的概述。）

因此，希望这可以解释为什么调用是模棱两可的。现在是如何解决这个问题的实际部分。 几乎从来没有提供operator bool() 的人希望它被隐式地用于涉及整数算术或比较的表达式中。在 C++98 中，有一些模糊的解决方法，从 std::basic_ios<CharT, Traits>::operator void * 到“改进的”更安全的版本，包括指向成员的指针或不完整的私有类型。幸运的是，C++11 在隐式使用operator bool() 后引入了一种更易读和更一致的防止整数提升的方法，即将运算符标记为explicit。这将完全删除 operator <(int, int) 重载，而不仅仅是“降级”它。

正如其他人所提到的，您还可以将Foo(int) 构造函数标记为显式。这将产生相反的效果，即移除 operator <(const Foo&, const Foo&) 重载。

第三种解决方案是提供额外的重载，例如：

• operator <(int, const Foo&)
• operator <(const Foo&, int)

在本例中，后者将优先于上述重载作为精确匹配，即使您没有引入explicit。同样的道理，例如对于

• operator <(const Foo&, long long)

这比a < 0 中的operator <(const Foo&, const Foo&) 更受欢迎，因为它的使用只需要升级。